Python ошибки при чтении файла

Курс по Python: https://stepik.org/course/100707

На предыдущем занятии я отмечал, что если указать неверный путь к файлу, то возникнет ошибка:

FileNotFoundError

и программа
досрочно прерывается. Это неприятный момент, тем более, что программист наперед
не может знать, в каких условиях будет работать программа и вполне возможна
ситуация, когда ранее доступный файл становится недоступным, например, из-за
случайного его удаления, или изменении имени и т.п. То есть, при работе с
файлами нужно уметь обрабатывать исключение FileNotFoundError, чтобы
программа продолжала работать, даже если файл не будет найден.

Для обработки
подобных ошибок (или, как говорят, исключений) существует специальная группа
операторов:

try / except / finally

о которых мы
подробно будем говорить в части объектно-ориентированного программирования на Python. Но, несмотря
на то, что это выходит за рамки базового курса, я решил показать, как
использовать эти операторы при работе с файлами. Иначе, ваши программы будут
заведомо содержать серьезную уязвимость при обращении к файлам.

Формально,
операторы try / except / finally имеют,
следующий синтаксис (определение):

try:

       
блок операторов

       
критического кода

except
[исключение]:

       
блок операторов

       
обработки исключения

finally:

       
блок операторов

       
всегда исполняемых

       
вне зависимости, от

        возникновения исключения

И в нашем случае
их можно записать, так:

try:
    file = open("my_file.txt", encoding='utf-8')
    s = file.readlines()
    print(s)
    file.close()
except FileNotFoundError:
    print("Невозможно открыть файл")

Смотрите, здесь
функция open() находится
внутри блока try, поэтому, если
возникнет исключение FileNotFoundError, то выполнение программы перейдет в блок
except и отобразится
строка «Невозможно открыть файл». Иначе, мы прочитаем все строки из файла,
отобразим их в консоли и закроем файл.

Однако, и в
такой реализации не все гладко. В момент считывания информации из файла (в
методе readlines()) также может
возникнуть исключение из-за невозможности считывания информации из файла.
Поэтому, совсем надежно можно было бы реализовать эту программу, следующим
образом:

try:
    file = open("my_file.txt", encoding='utf-8')
 
    try:
        s = file.readline()
        print(s)
    finally:
        file.close()
        
except FileNotFoundError:
     print("Невозможно открыть файл")
except: 
    print("Ошибка при работе с файлом")

Мы здесь
прописываем еще один вложенный блок try, который будет учитывать все
возможные исключения и при их возникновении мы обязательно перейдем в блок finally для закрытия
файла. Это важная процедура – любой ранее открытый файл (функцией open()) следует
закрывать, даже при возникновении исключений. И вот такая конструкция try / finally нам гарантирует
его закрытие, что бы ни произошло в момент работы с ним. Но блок try / finally не отлавливает
исключения, поэтому они передаются внешнему блоку try и здесь мы
должны их обработать. Я сделал это через второй блок except, в котором не
указал никакого типа исключений. В результате, он будет реагировать на любые не
обработанные ошибки, то есть, в нашем случае – на любые ошибки, кроме FileNotFoundError.

Менеджер контекста для файлов

Более я не буду
углубляться в работу блоков try / except / finally. Приведенного
материала пока вполне достаточно, а в заключение этого занятия расскажу о
замене блока try / finally так называемым
файловым менеджером контекста, как это принято делать в программах на Python.

Так вот, в языке
Python существует
специальный оператор with, который, можно воспринимать как аналог
конструкции try / finally и в случае
работы с файлами записывается, следующим образом:

try:
    with open("my_file.txt", encoding='utf-8') as file:
        s = file.readlines()
        print( s )
 
except FileNotFoundError:
     print("Невозможно открыть файл")
except:
    print("Ошибка при работе с файлом")

Смотрите, мы
здесь сразу вызываем функцию open(), создается объект file, через который,
затем, вызываем методы для работы с файлом. Причем, все операторы должны быть
записаны внутри менеджера контекста, так как после его завершения файл
закрывается автоматически. Именно поэтому здесь нет необходимости делать это
вручную.

При работе с
менеджером контекста следует иметь в виду, что он не обрабатывает никаких
ошибок (исключений) и все, что происходит, передается вышестоящему блоку try, где они и
обрабатываются. Но в любом случае: произошли ошибки или нет, файл будет
автоматически закрыт. В этом легко убедиться, если добавить блок finally для оператора try, в котором
отобразить флаг закрытия файла:

try:
    with open("my_file.txt", encoding='utf-8') as file:
        s = file.readlines()
        print( s )
 
except FileNotFoundError:
     print("Невозможно открыть файл")
except:
    print("Ошибка при работе с файлом")
finally:
    print(file.closed)

После запуска
программы видим значение True, то есть, файл был закрыт. Даже если
произойдет критическая ошибка, например, вызовем функцию int() для строки s:

то, снова видим
значение True – файл был
закрыт. Вот в этом удобство использования менеджера контекста при работе с
файлами.

На этом мы
завершим наше ознакомительное занятие по обработке файловых ошибок. Пока будет
достаточно запомнить использование операторов try / except / finally при работе с
файлами, а также знать, как открывать файлы через менеджер контекста. На
следующем уроке мы продолжим тему файлов и будем говорить о способах записи
данных.

Курс по Python: https://stepik.org/course/100707

Разрабатывая приложения вам придется работать с файлами, анализировать большие объемы данных, сохранять пользовательские данные, чтобы они не терялись по завершению работы программы. Также при работе с файлами важно научиться обрабатывать ошибки, чтобы они не привели к аварийному завершению программы. Для этого в Python существуют специальные объекты — исключения, которые создаются для управления ошибок.

1. Чтение файла в Python

В файлах может содержаться любой объем данных, начиная от небольшого рассказа и до сохранения истории погоды за столетия. Чтение файлов особенно актуально для приложений, предназначенных для анализа данных. Приведем пример простой программы, которая открывает файл и выводит его содержимое на экран. В примере я буду использовать файл с числом «Пи» с точностью до 10 знаков после запятой. Скачать этот файл можно прямо здесь ( pi_10.txt ) или самим создать текстовый файл и сохранить под любым именем. Пример программы, которая открывает файл и выводит содержимое на экран:

with open(‘pi_10.txt’) as file_pi:
    digits = file_pi.read()
print(digits)

Код начинается с ключевого слова with. При использование ключевого слова with используемый файл открывается с помощью функции open(), а закрывается автоматически после завершения блока with и вам не придется в конце вызывать функцию close(). Файлы можно открывать и закрывать явными вызовами open() и close(). Функция open() получает один аргумент — имя открываемого файла, в нашем случае ‘pi_10.txt’. Python ищет указанный файл в каталоге, где хранится файл текущей программы. Функция open() возвращает объект, представляющий файл ‘pi_10.txt’. Python сохраняет этот объект в переменной file_pi .  

После появления объекта, представляющего файл ‘pi_10.txt’, используется метод read(), который читает все содержимое файла и сохраняет его в одной строке в переменной contents. В конце с помощью функции print содержимое выводится на экран. Запустив этот файл, мы получим данные, находящиеся в нашем файле ‘pi_10.txt’.

3.1415926535

В случае, если файл расположен не в одном каталоге с файлом программы, необходимо указать путь, чтобы Python искал файлы в конкретном месте. Существует два пути как прописать расположение файла:

•  Относительный путь. 

Относительный путь приказывает Python искать файлы в каталоге, который задается относительно каталога, в котором находится текущий файл программы

with open(‘files/имя_файла.txt’) as file:

• Абсолютный путь. 

Местонахождение файла не зависит от того, где находится ваша программа. Абсолютные пути обычно длиннее относительных, поэтому их лучше сохранить в переменную и затем передать функции open(). 

file_path = ‘/Users/Desktop/files/имя_файла.txt’
with open(file_path) as file:

С абсолютными путями можно читать файлы из любого каталога вашей системы. 

1.2. Чтение больших файлов на Python и работа с ними

В первом примере был файл с 10 знаками после запятой. Теперь давайте проанализируем файл с миллионом знаков числа «Пи» после запятой. Скачать число «Пи» с миллионом знаков после запятой можно отсюда( ‘pi_1000000.txt’ ). Изменять код из первого примера не придется, просто заменим файл, который должен читать Python. 

Выведем на экран первые 100 знаков после запятой. Добавим в конец функцию len, чтобы узнать длину файла

Из выходных данных видно, что строка содержит значение «Пи» с точностью до 1 000 000 знаков после запятой. В Python нет никаких ограничений на длину данных, с которыми можно работать, единственное ограничение это объем памяти вашей системы. 

После сохранения данных в переменной можно делать с ними все что угодно. Давайте проверим, входит ли в число «Пи» дата вашего дня рождения. Напишем небольшую программу, которая будет читать файл и проверять входит ли дата день рождения в первый миллион числа «Пи»:

with open(‘pi_1000000.txt‘) as file_pi:
    digits = file_pi.read()
birthday = input(«Введите дату дня рождения: «)
if birthday  in digits:
    print(«Ваш день рождение входит в число ‘Пи'»)
else:
    print(«Ваш день рождение не входит в число ‘Пи'»)

Начало программы не изменилось, читаем файл и сохраняем данные в переменной digits. Далее запрашиваем данные от пользователя с помощью функции input и сохраняем в переменную birstday. Затем проверяем вхождение birstday в digits с помощью команды if-else. Запустив несколько раз программу, получим результат:

В зависимости от введенных данных мы получили результат вхождения или не вхождения дня рождения в число «Пи»

Важно: Читая данные из текстового файла, Python интерпретирует весь текст как строку. Если вы хотите работать с ним в числовом контексте, то преобразуйте данные в целое число функцией int() или в вещественное число функцией float().

1.3. Анализ текста из файла на Python

Python может анализировать текстовые файлы, содержащие целые книги. Возьмем книгу «Алиса в стране чудес» и попробуем подсчитать количество слов в книге. Текстовый файл с книгой можете скачать здесь(‘ alice ‘) или загрузить любое другое произведение. Напишем простую программу, которая подсчитает количество слов в книге и сколько раз повторяется имя Алиса в книге.

При открытии файла добавился аргумент encoding=’utf-8′. Он необходим, когда кодировка вашей системы не совпадает с кодировкой читаемого файла. После чтения файла, сохраним его в переменной contents.

Для подсчета вхождения слова или выражений в строке можно воспользоваться методом count(), но прежде привести все слова к нижнему регистру функцией lower(). Количество вхождений сохраним в переменной n_alice. 

Чтобы подсчитать количество слов в тексе, воспользуемся методом split(), предназначенный для построения списка слов на основе строки. Метод split() разделяет строку на части, где обнаружит пробел и сохраняет все части строки в элементах списка. Пример метода split():

После использования метода split(), сохраним список в переменной words и далее подсчитаем количество слов в списке, с помощью функции len(). После подсчета всех данных, выведем на экран результат:

Книга ‘Алиса в стране чудес’ содержит 28389 слов.
Имя Алиса повторяется 419 раз.

2.1. Запись в пустой файл в Python

Самый простой способ сохранения данных, это записать их в файл. Чтобы записать текс в файл, требуется вызвать open() со вторым аргументом, который сообщит Python что требуется записать файл. Пример программы записи простого сообщения в файл на Python:

Для начала определим название и тип будущего файла и сохраним в переменную filename. Затем при вызове функции open() передадим два аргумента. Первый аргумент содержит имя открываемого файла. Второй аргумент ‘ w ‘ сообщает Python, что файл должен быть открыт в режиме записи. Во второй строчке метод write() используется для записи строки в файл. Открыв файл ‘ memory.txt ‘ вы увидите в нем строку:

Язык программирования Python

Получившийся файл ничем не отличается от любых других текстовых файлах на компьютере, с ним можно делать все что угодно. 

Важно: Открывая файл в режиме записи ‘ w ‘, если файл уже существует, то Python уничтожит его данные перед возвращением объекта файла.

Файлы можно открывать в режимах:

• чтение ‘ r ‘
• запись ‘ w ‘
• присоединение ‘ a ‘
• режим как чтения, так и записи ‘ r+ ‘

2.2. Многострочная запись в файл на Python

При использовании функции write() символы новой строки не добавляются в записываемый файл:

В результате открыв файл мы увидим что все строки склеились:

Язык программирования PythonЯзык программирования JavaЯзык программирования Perl

Для написания каждого сообщения с новой строки используйте символ новой строки n

Результат будет выглядеть так:

Язык программирования Python
Язык программирования Java
Язык программирования Perl

2.3. Присоединение данных к файлу на Python 

Для добавления новых данных в файл, вместо того чтобы постоянно перезаписывать файл, откройте файл в режиме присоединения ‘ a ‘. Все новые строки добавятся в конец файла. Возьмем созданный файл из раздела 2.2 ‘memory.txt’. Добавим в него еще пару строк.

В результате к нашему файлу добавятся две строки:

Язык программирования Python
Язык программирования Java
Язык программирования Perl
Hello world
Полет на луну

3. Исключения в Python

При выполнении программ могут возникать ошибки, для управления ими Python использует специальные объекты, называемые исключениями. Когда в программу включен код обработки исключения, ваша программа продолжится, а если нет, то программа остановится и выведет трассировку с отчетом об исключении. Исключения обрабатываются в блоках try-except. С блоками try-except программы будут работать даже в том случае, если что-то пошло не так.

3.1. Блоки try-except на Python

Приведем пример простой ошибки деления на ноль:

Если в вашей программе возможно появление ошибки, то вы можете заранее написать блок try-except для обработки данного исключения. Приведем пример обработки ошибки ZeroDivisionError с помощью блока try-except:

try:
    print(7/0)
except ZeroDivisionError:
    print(«Деление на ноль запрещено»)

Команда print(7/0) помещена в блок try. Если код в блоке try выполняется успешно, то Python пропускает блок except.  Если же код в блоке try создал ошибку, то Python ищет блок except и запускает код в этом блоке. В нашем случае в блоке except выводится сообщение «Деление на ноль запрещено». При выполнение этого кода пользователь увидит понятное сообщение:

Деление на ноль запрещено

Если за кодом try-except следует другой код, то Python продолжит выполнение программы. 

3.2. Блок try-except-else на Python

Напишем простой калькулятор, который запрашивает данные у пользователя, а затем результат деления выводит на экран. Сразу заключим возможную ошибку деления на ноль  ZeroDivisionError и добавим блок else при успешном выполнение блока try.

while True:
    first_number = input(«Введите первое число: «)
    if first_number == ‘q’:
        break
    second_number = input(«Введите второе число: «)
    if second_number == ‘q’:
        break
    try:
        a = int(first_number) / int(second_number)
    except ZeroDivisionError:
        print(«Деление на ноль запрещено»)
    else:
        print(f»Частное двух чисел равно {a}»)

Программа запрашивает у пользователя первое число (first_number), затем второе (second_number). Если пользователь не ввел » q « для завершения работы программа продолжается. В блок try помещаем код, в котором возможно появление ошибки. В случае отсутствия ошибки деления, выполняется код else и Python выводит результат на экран. В случае ошибки ZeroDivisionError выполняется блок except и выводится сообщение о запрете деления на ноль, а программа продолжит свое выполнение. Запустив код получим такие результаты:

Введите первое число: 30
Введите второе число: 5
Частное двух чисел равно 6.0
Введите первое число: 7
Введите второе число: 0
Деление на ноль запрещено
Введите первое число:  q

В результате действие программы при появлении ошибки не прервалось.

3.3. Блок  try-except с текстовыми файлами на Python

Одна из стандартных проблем при работе с файлами, это отсутствие необходимого файла, или файл находится в другом месте и Python не может его найти. Попробуем прочитать не существующий файл:

Так как такого файла не существует, Python выдает исключение:

Traceback (most recent call last):
  File «example.py», line 3, in <module>
    with open(filename, encoding=’utf-8′) as file:
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: ‘alice_2.txt’

FileNotFoundError — это ошибка отсутствия запрашиваемого файла. С помощью блока try-except обработаем ее:

В результате при отсутствии файла мы получим:

Запрашиваемый файл alice_2.txt не найден

3.4. Ошибки без уведомления пользователя

В предыдущих примерах мы сообщали пользователю об ошибках. В Python есть возможность обработать ошибку и не сообщать пользователю о ней и продолжить выполнение программы дальше. Для этого блок try пишется, как и обычно, а в блоке except вы прописываете Python не предпринимать никаких действий с помощью команды pass. Приведем пример ошибки без уведомления:

В результате при запуске этой программы и отсутствия запрашиваемого файла ничего не произойдет.

Далее: Функции json. Сохранение данных Python

Назад: Классы в Python